浅析光伏组件电性能测试的影响因素

浅析光伏组件电性能测试的影响因素

伊纪禄袁明翰胡涛王金玉

（中国电子科技集团公司第十八研究所天津300381）

摘要：目前，评价光伏组件的发电性能主要还是在试验室进行，因此试验室电性能测试是否准确至关重要。本文探寻了室内电性能测试的影响因素，将影响因素归纳为模拟器的状态、组件的状态、测试回路三方面，并对影响光伏组件电性能测试准确度的因素及其影响进行了分析，探究其影响原理，提出相应的解决方法。

关键词：光伏组件；性能测试；模拟器

光伏行业经过几十年的蓬勃发展已经非常成熟，光伏组件的电性能作为其主要属性，一直被用来当做评价和交易的基础。无论是组件生产商还是光伏投资者都希望获得一个准确的电性能数据。因此，如何提高电性能测试的准确度对第三方检测机构来说至关重要。对于室内电性能测试来说，可能影响其准确度的方面主要有：模拟器的状态；组件的状态；测试回路。下面我们分别从以上三方面进行分析。

一、模拟器状态对测试结果的影响

对于应用于阳光下的光伏组件来说，对其电性能能产生影响的光源方面的因素主要为光源的光谱辐照度分布和电池的光谱响应。电池的光谱响应是指在各个波长上的单位辐照度所产生的电流与波长的关系曲线，该曲线与电池自身的工艺材料特性密切相关[1]。为了反映光伏组件在阳光下的体现（通用标准为AM1.5大气条件），理论上进行电性能测试时，应选取与阳光的光谱辐照度分布与均匀性完全一致的模拟器且选取与被测光伏组件光谱响应完全一致的标准电池来标定辐照度[2]。然而实际应用中，所用模拟器并不能还原太阳光的状态，模拟器的光谱以及模拟器不均匀度均与室外阳光存在差异，这两方面差异会导致电性能测试出现偏差。下面我们分别对以上两方面产生的偏差进行分析。

1、模拟器光谱方面的影响

对于具有固定的光谱响应的组件，其在不同光谱辐照度分布的光源下会产生不同的光生伏特效应，得出不同的电性能曲线；具有不同的光谱响应的组件在具有固定的光谱辐照度分布的光源下，也会产生不同的光生伏特效应并得出不同的电性能曲线。实际测试时，在模拟器下测试时，要获得准确的电性能数据，就需要进行光谱失配修正。光谱失配的影响主要体现在短路电流密度方面，因此，常用短路电流密度法莱计算光谱失配因子，具体计算公式如公式1，[3]

失配因子公式1

式中：Rr(λ)为标准光伏组件的光谱响应

Rt(λ)为试验组件的光谱响应

E0(λ)为AM1.5下的标准光谱辐照度分布

E(λ)为太阳模拟器的光谱辐照度分布

通过上式计算得出光谱失配因子MM，并对电性能测试的I-V曲线数据中的电流值进行光谱修正得出修正值，重新拟制I-V曲线。

实际测试时，光谱失配因子计算公式中所用的某些参数获取难度较大，或者获取数据误差较大，因此为使测试结果更加接近真值，实际测试时应标准组件的生产工艺与被测组件应相同，以保证光谱响应尽可能一致；其次，模拟器的光谱辐照度尤其是被测组件以及标准组件的响应范围内的辐照度分布尽量接近标准光谱辐照度分布，闪光过程中光源的光谱变化尽可能的小，尽量减小光谱失配的影响。上述两个因素无法提高时再进行光谱失配修正。

2、不均匀度的影响

太阳模拟器的辐照度具有一定的不均匀性，其直接影响是导致光伏组件内部电池片之间的光生电流产生差异，辐照度高的地方产生的电流高，辐照度低的地方产生的电流低，产生电流高的电池片发电会受到限制，产生电流低的电池片会成为其他高电流电池片的负载，产生过热现象。在进行电性能测试时，这种现象会使得测试曲线失真，出现台阶或者填充因子偏低的现象，使得电性能数据偏离真实值。不均匀性对I-V性能的影响并非线性，数据表明，不均匀性在2%以内时，其影响程度大幅降低[4]。实际测试时降低辐照度不均匀性的影响所采取的措施有：选用不均匀性较低的模拟器进行测试，模拟器不均匀性最好低于2%；对于某确定不均匀性的模拟器来说，进行测试前，要充分了解模拟器的不均匀性分布，尽量保证被测组件在不均匀性较小的区域测试，在不可避免要利用到不均匀性较大的区域时，要对组件在其允许的各个方向上进行测试，对比测试数据变化，如果变化较大，说明有可能被测电池不均匀性洼地与模拟器辐照度洼地重合，导致测试误差变大。应选择变化较小的方向进行测试。目前，有些模拟器可是实现调整参数设置来消除这方面影响，但是，调整时要谨慎，避免误差放大的操作发生。

二、组件状态对测试结果的影响

1、组件表面清洁度

目前，高效率组件大多具有高透光、高陷光处理或者具有某些特殊作用的涂层，这些处理都能提高光伏电池对于光照的利用率。组件表面的污染会直接影响这些特殊处理的效果，严重者会使其失去作用或者起到反作用（比如涂层），组件表面的污染有时并不能依靠肉眼识别，所以，进行测试前需要对组件进行清洁处理。

2、组件温度控制以及温度探测

作为一种半导体器件，光伏电池对温度非常敏感，温度每升高1℃，会导致光伏电池的开路电压降低约0.35%，短路电流会增加0.05%，填充因子会降低约4.5*10-4，最终使最大输出功率降低大约0.44%。准确测量被测组件的温度成为电性能测试时的重要过程。常见的晶体硅光伏组件电池片处于中间层，其两边均有EVA材料、背板材料/透光玻璃，电池片真实温度不易测得。目前温度探测方法主要有接触测温法和远距离红外测温法。

1）接触法测温所用温度传感器通常选用K型热电偶或者PT100，此种温度传感器适合探测空间温度，在接触测温时准确度难以控制，偏差较大。其测温偏差一般为±1℃。另外接触法测温时一般将温度传感器与组件后边面接触，所测温度为后表面温度，并不是电池片真实温度；且接触测温为点测温，并不能准确反映整个组件的温度。基于以上原因，测温时，被测组件必须经过长时间的恒温处理（通常为4h~24h），以保证组件与环境温度一致、组件各层温度以及各区域温度一致。

2）远距离红外测温是通过探测物体的红外辐射来确定温度的方法，属于区域测温，准确度高，响应速度快。这种方法是实验室广泛应用的测温方法。红外测温的影响因素主要有：被测物发射率、测试距离和外界环境条件，因此要保证测温准确，首先要确定光伏组件的综合发射率，可查询发射率表得到，然后红外探测器应在固定的距离下进行校准和使用，另外，测试区域内不能有其他强红外辐射源，环境条件变化不能太大，尤其是湿度，水蒸气含量对红外测温的影响是对数关系，低水蒸气含量范围内，影响系数变化很大。

无论哪种温度探测方法都不能直接得到光伏电池片的温度，因此，光伏组件需要经过长时间的恒温处理，使得各层温度保持一致，才能使测得的温度尽量接近电池片的温度。下面是用两种测温方法下不同恒温时间对组件的影响：

将组件置于恒温箱内，恒温至30℃，保持2小时，然后取出，放于试验室性能测试间内恒温，测温方法采用五点式K型热偶和红外测温两种方法，测试其不同恒温时间下的STC性能数据如下：

表1两种测温方法在不同恒温时间下组件性能结果

上表可以看出，K偶测温时恒温时间最好3h以上，红外测温法，恒温时间最好2h以上。

对于实际测试时，复杂情况下如何保证测温准确，我们可以利用光伏组件开路电压对温度的敏感性，放置两个以上标准组件在恒温间内，通过测试其开路电压值，验证测温设备的状态，开路电压实测值与校准值偏差在0.1%比较适宜。

三、测试回路对测试结果的影响

组件测试时，测试回路中的线阻会使短路电流值产生偏移，且线阻会分流一部分组件功率，使得组件的填充因子出现偏差。具体线阻的大小可以参考IEC60904-2中的要求：线阻与被测件短路电流的乘积要小于开路电压的百分之三[5]，实际测试回路要尽量满足或者靠近此要求。测试要选用四线制，四线制起点在组件接线端，，虽然采用四线制，但是测试线依然会对测试产生影响，尤其是电流测试线，所以应选用高等级测试线，并且应定期检查与更换。

总结

要获得一个准确的光伏组件电性能数据，主要从组件状态和模拟器状态两方面进行检查，组件方面，确保组件便面清洁，然后必须经过足够长时间的恒温；模拟器方面，首先选择合适的测试区域，尽量避免不均匀性的影响，选择合适的测温方法，检查测试线路连接是否正常；然后选择合适的标准组件进行校准，以减小光谱不匹配的影响，同时利用标准组件的测试数据，调整光源状态、验证测试线路是否正常、验证测温系统是否正常。对于各项参数均可更改调整的这种比较开放的模拟器，参数调整要谨慎，因为，有可能是测温系统或者线路异常造成的数据差异，这种情况下的随意更改可能会放大测试误差。

参考文献

[1]刘海涛，边莉，翟永辉.光伏电池测试中的光谱失配误差修正[J].阳光能源，2006(1):51-55.

[2]刘莺，朱冰洁，宋昊，等.多晶硅太阳电池的电性能测试[J].理化检验（物理分册，201854(11):815-818.

[3]刘胡炜，孟贇，曹寅。光谱失配误差对光伏组件测试的影响研究[J].质量与标准化，2014(1):46-49.

[4]张万辉，曾婵娟，曾飞，等.太阳模拟器辐照不均匀性对光伏组件I-V性能测试的影响[J].广东科技，2015.8(16):71-79.

[5]IEC60904-2.PhotovoltaicDevices-Part2:Requirementsforreferencesolardevices[S].2007:1-23.